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1. 近年來因 全球暖化 導致暴風雨的增加,使得根系對於土壤錨定力是近年來主要的課題。 - PowerPoint PPT Presentation


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A generic 3D finite element model of tree anchorage integrating soil mechanics and real root system architecture 利用三維有限元素分析模擬根的錨定力結合土壤力學及根系結構 指導老師 : 鄭皆達 79842032 許涵硯. 前言. 1. 近年來因 全球暖化 導致暴風雨的增加,使得根系對於土壤錨定力是近年來主要的課題。

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Presentation Transcript

A generic 3D finite element model of tree anchorage integrating soil mechanics and real root system architecture

利用三維有限元素分析模擬根的錨定力結合土壤力學及根系結構

指導老師:鄭皆達79842032 許涵硯


前言 integrating soil mechanics and real root system architecture

  • 1.近年來因全球暖化導致暴風雨的增加,使得根系對於土壤錨定力是近年來主要的課題。

  • 2.前人研究中多著重於植物的現地拉拔與生態調查,較缺乏數值模擬,所以此研究利用FEM(FINITE ELEMENT MODEL)來模擬根系之錨定力,並採取現地根系資料與土壤參數以達到與現地相同的狀況,以減少生態的破壞及昂貴的現地實驗。

  • 3.利用FEM來模擬拉拔力,可將不同根型放入不同的土壤環境中。


摘要 integrating soil mechanics and real root system architecture

  • 1.此研究中將兩種植物利用側拉的方式,來模擬風載重對於樹所造成之影響。

  • 2.影響拉拔力的因素:根的結構,土壤的物理特性及力學特性。

  • 3.在研究土壤對於頃倒模擬中,純砂質土迎風面的土體呈現永久破壞的狀況,而純粘土中則較為對稱。

  • 4.根系之拉拔力在粘土中高於砂質土。

  • 5.土壤含水量很高時,剪應力與土根之間的連結力會下降許多,易被風破壞也易被拔出,反之,含水量低的土壤剪應力與土根之間的連結力較強,卻會造成樹幹會斷裂。


研究方法 integrating soil mechanics and real root system architecture

1.植物與地點

植物:Populus trichocarpa(楊毛果)

Populus deltoides(美州黑楊)

地點特性:位於西南法,種植密度為一公頃200棵

海拔37m,年雨量820mm,此地盛行西南風,

風速4.5m/s,黏質性砂土(69% sand、21%黏土、

10% 壤土),地下水位1.2 m。

當地土壤經過五天105c烘乾得:

土壤含水量21.7±1.4%(美州黑楊),21.7±0.9%(楊毛果)


2. integrating soil mechanics and real root system architecture根系:

將被風影響之樹幹(5%傾斜)挖出來後,量取主跟、側根

(長度、側根角度、側根與主根之方位角、根徑)

再將量出來的數值放入ARCHIROOT中以及使用AMAP MTG

產生3d影像。

楊毛果

美州黑楊


3. integrating soil mechanics and real root system architecture模擬模型:

(1)輸入Abaqus 之參數

(2)網格大小及敏感度分析

四種:256、720、1372、2976元素

(3)材料敏感度分析:

利用 來分析土壤(c、、)及根力學因子。


Clay integrating soil mechanics and real root system architecture

Clay

Sand

現地實驗

現地實驗

Sand

結果

楊毛果的抗拉拔力平均為8.75kN,而美州黑楊平均為13.5kN


根系 integrating soil mechanics and real root system architecture

楊毛果:主根長1.11m、直徑0.31m、平均值為32.0±0.02mm

115根根數、總根長94m、總根體積0.12m3

美州黑楊:主根長0.95m、直徑0.34m、平均值為55±0.04mm

82根根數、總根長82m、總根體積0.21m3

網格

O:楊毛果

X:美州黑楊

--:網格與cpu之關係


wind integrating soil mechanics and real root system architecture

wind

迎風面應變量較大

迎風面根系比較接近地面減少土壤壓力。


wind integrating soil mechanics and real root system architecture

Clay

wind

Clay 土壤中模擬後之位移場


Sand integrating soil mechanics and real root system architecture

永久變形

sand 土壤中模擬後之位移場


0.27 integrating soil mechanics and real root system architecture

0.5

敏感度極小不影響

0.26

敏感度


結論 integrating soil mechanics and real root system architecture

  • 美州黑楊抗拉拔力較楊毛果高30%,原因在於有較大側根,雖然楊毛果有較多小的側根和根數,所以沒有較大的錨定強度。

  • 在現地實驗和數值模擬中影響拉拔抗力的主要原因為:較高的根體積、多數的大的側根。

  • 從這次模擬中,雖然根的結構為構成錨定力之主要因素,然而我們可以發現土壤中的c值(凝聚力)也是個重要的影響因子。

  • 模擬中,將根的強度變換只影響了些微抗傾倒力。


The end integrating soil mechanics and real root system architecture


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